高镍电动汽车电池的未来

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20世纪90年代中期，镍氢(NiMH)电池首次在丰田普锐斯(Prius)等汽车上得到了广泛应用。大约在同一时期，锂离子电池的首次商业应用出现了。应用程序包括摄像机，最终是智能手机、笔记本电脑和许多其他便携式设备。目前，电动汽车革命主要由锂离子电池中的镍(Ni)驱动。这篇文章将着眼于高镍在电动汽车电池中的当前和未来使用。

高镍电池的利弊

锂离子电池最初由锂钴氧化物(LiCoO2)制成的阴极和石墨制成的阳极组成。这些材料中的钴被其他金属如锰(Mn)、镍欧洲杯足球竞彩和铝(Al)所取代。这就是今天用于电动汽车的NMC [Li(Ni, Mn, Co)O2]和NCA [Li(Ni, Co, Al)O2]阴极的开发过程。锰和铝仍然是钝化的，并起到稳定剂的作用。它们在正极材料中的存在增加了电池的安全性能和充放电循环次数。

随着Ni含量的增加，可以在不引起结构不稳定的情况下循环进出阴极的Li量增加，从而导致能量密度增加。使用富含镍的阴极也不需要钴。

近年来，钴的价格变化很大，其可持续性值得怀疑。但镍具有地理优势，分布广泛，产量大。目前，大多数最先进的商业阴极含有高达80%的镍。

富镍阴极在循环稳定性和热稳定性方面面临挑战。基于环境储存条件，富镍阴极的高表面反应性导致CO表面杂质的生成₂和H₂这些现象会在电极墨水制备、电池存储和循环过程中产生问题。

高镍电池的研究

来自华威大学华威制造集团(WMG)的研究人员发现，阴极存储和处理的干燥环境条件可以显著改善高镍电池的性能。

就钴含量而言，NMC和NCA电池生产的行业递增顺序为:NMC-532→NMC-622→NMC-721→NMC-811，其中NMC-811中Co含量最低(10%)，Ni含量最高(80%)。

NMC-811制备表面碳酸盐和氢氧化物的三种工艺分别为:

• 合成过程中不发生反应的前体所产生的残余杂质
• 高比例的碳酸盐/氢氧化物以平衡状态存在于表面(它们在合成后稳定了富镍材料的表面)欧洲杯足球竞彩
• 在环境储存期间形成的杂质

研究人员首先将NMC-811阴极暴露在不同的温度和湿度下。每种情况下，材料在电池中的性能和降解在28天内被测量和分析。

该分析使用了物理、化学和电化学测试的组合。采用高分辨率显微镜(扫描电子显微镜(SEM)和二次离子质谱(SIMS))观察电池充放电过程中微米和亚微米尺度上的形态和化学变化。

他们还发现，在所有环境条件下，与在每一步都避免接触湿气的对照样品相比，劣质样品显示出特定的容量和循环性能。然而，暴露样品显示H₂O和有限公司₂与李⁺离子在电池中经过28天的环境潮湿暴露，导致碳酸锂和氢氧根形成物种。

NMC-811阴极表面碳酸盐和氧化物的形成导致材料老化过程中电化学性能的损失。这是因为在锂离子置换/脱锂置换过程中，锂离子扩散的阻碍诱导导致了低离子、电子导电性。

由于活性粒子的电隔离、导电粒子网络的破坏，以及新表面的暴露，导致晶间裂纹的扩展和氧化状态的变化，导致副欧洲杯猜球平台反应，电池容量也会下降。

通过高分辨率显微镜分析，在环境暴露28天后，确定了集合体颗粒的粒间孔隙度和微裂纹。欧洲杯猜球平台

结论

研究人员得出的结论是，露点温度在零下45度左右时最干燥^oC是储存和处理NMC-811材料最有效的，并展示出最佳的电池性能。

他们表明，在储存过程中，尽量减少富镍材料与周围空气的接触是绝对必要的，以保持结构稳定性和防止降欧洲杯足球竞彩解效应。这将促进高镍材料在锂离子电池中的大规模工业化应用。欧洲杯足球竞彩

未来的工作

WMG已经开展了进一步的工作，以验证短期湿度暴露将在多大程度上影响NMC-811的循环性能。然而，对于这一现象及其对延长循环过程中电池充气或膨胀的影响，未来仍需进一步研究和重视。

参考资料及进一步阅读

c . Busaet al。(2021)环境储存条件对锂离子电池NMC-811阴极结构和电化学性能的影响，Electrochimica学报366,137358。https://doi.org/10.1016/j.electacta.2020.137358

w·李et al。(2020)高镍NMA:锂离子电池中NMC和NCA阴极的无钴替代品，放置板牙．32岁,2002718。https://doi.org/10.1002/adma.202002718

镍研究所。(在线)镍电池。可以在:https://nickelinstitute.org/about-nickel/nickel-in-batteries/

电动和混合动力汽车技术国际。(在线)充分利用高镍电池的终极条件．可以在:https://www.electrichybridvehicletechnology.com/news/欧洲杯足球竞彩materials-research/researchers-discover-how-to-optimize-high-nickel-electric-vehicle-batteries.html

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